Soutenance de thèse de Guillaume RASTOLDO

Une atteinte vestibulaire unilatérale provoque systématiquement un syndrome vestibulaire chez la plupart des espèces dont l’homme. Ce syndrome est caractérisé par une cascade de troubles fonctionnels comprenant un déséquilibre postural, une altération de la marche, un nystagmus spontané, une altération des réflexes vestibulo oculaires, ainsi que des troubles cognitifs et neurovégétatifs. Les différents symptômes qui composent le syndrome vestibulaire régressent progressivement, aboutissant à une disparition quasi complète du syndrome. Ce phénomène est appelé la compensation vestibulaire. Les travaux de recherche de l’équipe sont consacrés depuis plusieurs années à la mise en évidence des mécanismes de plasticité s’exprimant dans les noyaux vestibulaires et qui contribuent à la restauration des fonctions vestibulaires après une atteinte de ce système. Cette thèse se décompose en plusieurs objectifs : (i) élucider les mécanismes neurobiologiques qui contribuent à la fois à l’expression du syndrome vestibulaire mais aussi à la restauration des fonctions posturales et locomotrices chez un modèle rongeur de vestibulopathie périphérique aigue (ii) développer et optimiser une analyse quantitative des déficits posturo-locomoteurs et de leur évolution au cours de la compensation vestibulaire (iii) optimiser la compensation vestibulaire par des composés pharmacologiques d’intérêt. Ainsi, (i) nous avons démontré, chez l’animal sain, la présence de cellules souches neurales (CSN) à l’état quiescent et en prolifération dans les noyaux vestibulaires suggérant la découverte d’une nouvelle niche neurogène dans le cerveau du mammifère adulte. En outre, la section du nerf vestibulaire (NVU) déclenche l’activation des CSN quiescentes endémique aux noyaux vestibulaires désafférentés et fournirait également des signaux de guidage pour la migration CSN en provenance des niches neurogènes classiques vers le site de la lésion. Dans une seconde étude, nous avons démontré que les informations vestibulaires influencent la représentation corticale des surfaces cutanées des pattes postérieures chez le rat. En effet, la perte unilatérale et permanente des afférences vestibulaires reconfigure les cartes corticales cutanées dans S1 et augmente la taille des champs récepteurs des pattes posturales. (ii) Grâce à un dispositif de video-tracking de l’animal, nous avons développé une évaluation quantitative du syndrome posturo-locomoteur et de sa compensation dans le temps. Nous avons également pu mettre en évidence un comportement de ‘sur-compensation’ de certains paramètres tels que la distance parcourue, la vitesse moyenne ou l’accélération des animaux à partir du 7ème jour post-NVU. Ce test nous permet de renforcer et valider l'évaluation quantitative des troubles vestibulaires du modèle rongeur ayant subi une NVU. Il nous permet également de tester des protocoles de réhabilitation pharmacologiques et/ou physiques favorisant le rétablissement de l'équilibre. (iii) Enfin, nos objectifs ont été de tester des composés pharmacologiques modulant l’expression des KCC2. Parmi ces composés nous avons évalué l’effet sur la compensation vestibulaire du MDL28170 (antagoniste des calpaïnes impliquées dans l’internalisation des KCC2) et de deux hormones up-régulant les cotransporteurs KCC2 : la thyroxine (T4) et l’ocytocine. Les résultats pharmacologiques du MDL28170 sont difficilement interprétables. Les résultats préliminaires de l’ocytocine révèlent un retard de la compensation des déficits posturaux et locomoteurs. A l’opposé, nous avons constaté qu’un traitement T4 permet une réduction significative de tous les déficits vestibulaires induits par la NVU. De plus, nous avons démontré les sites et mécanismes d’action de cette hormone supportant les effets comportementaux. Les résultats obtenus avec la T4 se distinguent de médicaments anti vertigineux de référence et suggèrent un possible bénéfice thérapeutique pour le traitement des vertiges d’origine vestibulaire.

Unilateral vestibular damage systematically causes a vestibular syndrome in most species including humans. This syndrome is characterized by a cascade of functional disorders including postural imbalance, altered gait, spontaneous nystagmus, altered vestibulo-ocular reflexes, and cognitive and neurovegetative disorders. The various symptoms that compose the vestibular syndrome gradually regress, generally leading to an almost complete disappearance of the syndrome. This phenomenon is called "vestibular compensation". The team's research work has been dedicated for several years to identifying the mechanisms of plasticity expressed in the central vestibular structures and which contribute to the restoration of vestibular functions after vestibular damage. This thesis has several objectives: (i) to elucidate the neurobiological mechanisms that contribute both to the expression of the vestibular syndrome but also to the restoration of postural and locomotor functions in a rodent model of acute peripheral vestibulopathy (ii) to develop and optimize a quantitative behavioral analysis of posturolocomotor deficits and their evolution during vestibular compensation and (iii) to optimize vestibular compensation by pharmacological compounds of interest. Thus, (i) we have demonstrated for the first time in control animals, using specific markers, the presence of quiescent and proliferating stem cells in the intact vestibular nuclei suggesting the discovery of a new neurogenic niche in the brain of the adult mammal. In addition, the section of the vestibular nerve (UVN) triggers activation of quiescent stem cells endemic to the deafferented vestibular nuclei and may also provide guidance signals for neural stem cell migration from classical neurogenic niches such as the sub-ventricular zone or circumventricular organs to the site of injury. In a second study, we showed that vestibular information influences the cortical representation of the hindpaws in rats. Indeed, the unilateral and permanent loss of vestibular afferents reconfigures the cutaneous cortical maps in S1 and increases the size of glabrous cutaneous receptive fields of S1 neurons on the hindpaws. (ii) Using an open field test with video-tracking analysis device, we have developed a quantitative assessment of the posturolocomotor syndrome and its compensation over time. We were also able to demonstrate an 'over-compensating' behavior of certain locomotor parameters such as the distance travelled, the average body speed or the acceleration of the animals starting from the first week after UVN. This test allows us to reinforce the quantitative evaluation of vestibular disorders in the UVN rodent model. It may also be useful to test pharmacological and/or physical rehabilitation protocols that promote restoration of balance. (iii) Finally, our objectives were to test pharmacological compounds modulating KCC2 expression. Among these pharmacological compounds, we evaluated the effect on vestibular compensation of MDL28170 (calpain antagonist involved in KCC2 internalization) and two hormones interfering with KCC2 co-transporters: thyroxine and oxytocin. The pharmacological results of MDL28170 are difficult to interpret. Preliminary results of oxytocin reveal a delay in vestibular compensation of postural and locomotor deficits. On the other hand, we found that thyroxine treatment significantly reduces all vestibular deficits induced by UVN. In addition, we have demonstrated the sites and mechanisms of action of this hormone supporting the behavioral effects. The results obtained with thyroxin differ from reference anti-vertigo drugs and suggest a possible therapeutic benefit for the treatment of vertigo of vestibular origin.